Температура - это наиболее часто измеряемая величина окружающей среды. Этого можно было ожидать, поскольку на большинство физических, электронных, химических, механических и биологических систем влияет температура. Определенные химические реакции, биологические процессы и даже электронные схемы лучше всего работают в ограниченном диапазоне температур. Температура - одна из наиболее часто измеряемых переменных, поэтому неудивительно, что существует множество способов ее измерения. Измерение температуры может осуществляться либо посредством прямого контакта с источником тепла, либо удаленно, без прямого контакта с источником, используя вместо этого излучаемую энергию. Сегодня на рынке представлен широкий спектр датчиков температуры, включая термопары, датчики температуры сопротивления (RTD), термисторы, инфракрасные и полупроводниковые датчики.
5 типов датчиков температуры
- Термопара : Это тип датчика температуры, который сделан путем соединения двух разнородных металлов на одном конце. Присоединенный конец называется ГОРЯЧИМ СОЕДИНЕНИЕМ. Другой конец этих разнородных металлов упоминается как ХОЛОДНЫЙ КОНЕЦ или ХОЛОДНЫЙ СПАС. Холодный спай образуется в последней точке материала термопары. Если есть разница в температуре между горячим спаем и холодным спаем, создается небольшое напряжение. Это напряжение называется ЭДС (электродвижущая сила), и его можно измерить и, в свою очередь, использовать для обозначения температуры.
Термопара
- RTD представляет собой датчик температуры, сопротивление которого изменяется в зависимости от температуры. Обычно RTD изготавливаются из платины, хотя устройства из никеля или меди не редкость, но могут иметь разные формы, например, проволочную намотку или тонкую пленку. Чтобы измерить сопротивление RTD, подайте постоянный ток, измерьте результирующее напряжение и определите сопротивление RTD. RTD демонстрируют довольно линейную устойчивость к температурным кривым в их рабочих регионах, и любая нелинейность очень предсказуема и повторяема. В оценочной плате PT100 RTD используется RTD для поверхностного монтажа для измерения температуры. Внешний 2-, 3- или 4-проводный датчик PT100 также может использоваться для измерения температуры в удаленных районах. Для смещения RTD используется источник постоянного тока. Чтобы уменьшить саморазогрев из-за рассеивания мощности, величина тока умеренно низкая. Схема, показанная на чертеже, является источник постоянного тока используется опорное напряжение, один усилитель и PNP-транзистор.
- Термисторы : Подобно RTD, термистор является датчиком температуры, сопротивление которого изменяется в зависимости от температуры. Однако термисторы изготавливаются из полупроводниковых материалов. Сопротивление определяется таким же образом, как и RTD, но термисторы демонстрируют сильно нелинейную зависимость сопротивления от температуры. Таким образом, в рабочем диапазоне термисторов мы можем наблюдать большое изменение сопротивления при очень небольшом изменении температуры. Это делает устройство высокочувствительным, идеально подходящим для приложений уставок.
- Полупроводник датчики : Они подразделяются на различные типы, такие как выход по напряжению, выход по току, цифровой выход, кремниевый выход сопротивления и датчики температуры диодов. Современные полупроводниковые датчики температуры обеспечивают высокую точность и высокую линейность в рабочем диапазоне от 55 ° C до + 150 ° C. Внутренние усилители могут масштабировать выходной сигнал до удобных значений, например 10 мВ / ° C. Они также используются в схемах компенсации холодного спая для термопар с широким диапазоном температур. Краткие сведения об этом типе датчика температуры приведены ниже.
ИС датчиков
Существует широкий спектр микросхем температурных датчиков, которые позволяют упростить самый широкий спектр задач по мониторингу температуры. Эти кремниевые датчики температуры значительно отличаются от вышеупомянутых типов по нескольким важным параметрам. Во-первых, это диапазон рабочих температур. ИС датчика температуры может работать в номинальном диапазоне температур ИС от -55 ° C до + 150 ° C. Второе важное отличие - это функциональность.
Кремниевый датчик температуры представляет собой интегральную схему и, следовательно, может включать в себя обширную схему обработки сигналов в том же корпусе, что и датчик. Нет необходимости добавлять схемы компенсации для датчика температуры ICS. Некоторые из них представляют собой аналоговые схемы с выходом напряжения или тока. Другие комбинируют аналоговые чувствительные схемы с компараторами напряжения для обеспечения функций оповещения. Некоторые другие сенсорные ИС сочетают в себе аналоговую чувствительную схему с цифровым вводом / выводом и регистры управления , что делает их идеальным решением для микропроцессорных систем.
Цифровой выходной датчик обычно содержит датчик температуры, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), двухпроводной цифровой интерфейс и регистры для управления работой ИС. Температура постоянно измеряется и может быть считана в любое время. При желании хост-процессор может дать команду датчику контролировать температуру и установить высокий (или низкий) на выходной контакт, если температура превышает запрограммированный предел. Также можно запрограммировать более низкую пороговую температуру, и хост может быть уведомлен, когда температура упадет ниже этого порога. Таким образом, цифровой выходной датчик может использоваться для надежного контроля температуры в микропроцессорных системах.
Датчик температуры
Вышеупомянутый датчик температуры имеет три клеммы и требует питания максимум 5,5 В. Этот тип датчика состоит из материала, который работает в зависимости от температуры для изменения сопротивления. Это изменение сопротивления регистрируется схемой и рассчитывает температуру. Когда напряжение увеличивается, повышается и температура. Мы можем увидеть эту операцию с помощью диода.
Датчики температуры напрямую подключены к входу микропроцессора и, таким образом, способны напрямую и надежно взаимодействовать с микропроцессорами. Сенсорный блок может эффективно взаимодействовать с недорогими процессорами без необходимости в аналого-цифровых преобразователях.
Пример датчика температуры: LM35 . Серия LM35 - это прецизионные датчики температуры на интегральных схемах, выходное напряжение которых линейно пропорционально температуре по Цельсию. LM35 работает при температуре от -55˚ до + 120˚C.
Базовый датчик температуры по шкале Цельсия (от + 2˚C до + 150˚C) показан на рисунке ниже.
Характеристики датчика температуры LM35:
- Калибровка непосредственно в directly Цельсия (Цельсия)
- Рассчитан на полный диапазон л от −55˚ до + 150˚C
- Подходит для удаленных приложений
- Низкая стоимость за счет обрезки на уровне пластины
- Работает от 4 до 30 вольт
- Низкое самонагревание,
- ± 1 / 4˚C типичной нелинейности
Работа LM35:
- LM35 можно легко подключить так же, как и другие встроенные датчики температуры. Его можно приклеить или закрепить на поверхности, и его температура будет в пределах 0,01 ° C от температуры поверхности.
- Это предполагает, что температура окружающего воздуха примерно такая же, как температура поверхности, если бы температура воздуха была намного выше или ниже, чем температура поверхности, фактическая температура штампа LM35 была бы промежуточной между температурой поверхности и температуры воздуха. температура.
Датчики температуры широко используются в системах управления окружающей средой и технологическими процессами, а также в испытаниях, измерениях и коммуникациях. Цифровой датчик температуры - это датчик, который выдает 9-битные показания температуры. Цифровые датчики температуры обеспечивают превосходную точность, они предназначены для считывания от 0 ° C до 70 ° C, и это позволяет достичь точности ± 0,5 ° C. Эти датчики полностью согласованы с цифровыми показаниями температуры в градусах Цельсия.
- Цифровые датчики температуры: Цифровые датчики температуры устраняют необходимость в дополнительных компонентах, таких как аналого-цифровой преобразователь, внутри приложения, и нет необходимости калибровать компоненты или систему при определенных эталонных температурах, если это необходимо, при использовании термисторов. Цифровые датчики температуры решают все, что позволяет упростить базовую функцию контроля температуры.
Основные преимущества цифрового датчика температуры заключаются в его точности вывода в градусах Цельсия. Выходной сигнал датчика представляет собой сбалансированное цифровое показание. Для этого не нужны другие компоненты, такие как аналого-цифровой преобразователь, и он намного проще в использовании, чем простой термистор, который обеспечивает нелинейное сопротивление при изменении температуры.
Примером цифрового датчика температуры является DS1621, который обеспечивает 9-битное показание температуры.
Особенности DS1621:
- Никаких внешних компонентов не требуется.
- Измеряется диапазон температур от -55 ° C до + 125 ° C с шагом 0,5 °.
- Выдает значение температуры в виде 9-битного показания.
- Широкий диапазон питания (от 2,7 В до 5,5 В).
- Преобразует температуру в цифровое слово менее чем за одну секунду.
- Термостатические настройки определяются пользователем и являются энергонезависимыми.
- Это 8-контактный DIP.
Описание штифта:
- SDA - 2-проводный последовательный ввод / вывод данных.
- SCL - 2-проводные последовательные часы.
- GND - Земля.
- TOUT - выходной сигнал термостата.
- A0 - ввод адреса чипа.
- A1 - Ввод адреса чипа.
- A2 - Ввод адреса чипа.
- VDD - Напряжение питания.
Работа DS1621:
- Когда температура устройства превышает заданную пользователем температуру HIGH, тогда активируется выход TOUT. Выход будет оставаться активным, пока температура не упадет ниже заданной пользователем температуры LOW.
- Заданные пользователем настройки температуры сохраняются в энергонезависимой памяти, поэтому их можно запрограммировать перед установкой в систему.
- Показание температуры предоставляется в виде 9-битного считывания с дополнением до двух, путем подачи команды READ TEMPERATURE при программировании.
- 2-проводный последовательный интерфейс используется для ввода в DS16121 для настроек температуры и вывода показаний температуры с DS1621.
Фото:
- Датчик температуры от Викимедиа
